隼眼科技

车载毫米波雷达:国产化大潮汹涌而至

报告摘要

毫米波雷达将是未来车载主力传感器,国产化进程将引领技术、人才、资金等从传统军工行业向智能汽车行业流动。毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达。毫米波雷达在雷达探测、高速通信、导弹制导、卫星遥感、电子对抗等军用领域均有广泛的应用,而近年来随着毫米波器件水平的提升,电路设计技术、天线技术等相关技术日益发展和不断成熟,车载毫米波雷达的应用也获得了很大的发展。毫米波雷达同超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。另外,毫米波雷达的抗干扰能力也优于其他车载传感器。我们认为凭借全天候工况特征毫米波雷达将是智能汽车ADAS系统的标配传感器

毫米波频率划分指明发展方向,全球发达国家向77GHz升级切换,24GHz产品在国内短期仍有市场。按照目前主流分类,毫米波雷达可分为24GHz雷达和77GHz雷达。考虑到中国的实际国情以及芯片研发进度等行业特点,我们预测未来三年内24GHz毫米波雷达在国内仍有市场空间,相比全球而言我国77GHz毫米波雷达的大规模应用将稍微推后。随着技术的发展,77GHz毫米波雷达将在行业普遍产业化,未来77GHz毫米波雷达将会对24GHz毫米波雷达进行全面替代。

建议关注2016年毫米波雷达领域的并购浪潮以及相关上市公司的战略布局。我们认为,2016年将会是毫米波雷达行业的关键年度,特别是今年下半年各大厂商对毫米波雷达资源的战略布局会提速,谁能率先取得优质毫米波雷达资源,谁就能率先掌控行业先机。而今年各大厂商对毫米波雷达所做的一切准备都是为2017年行业的爆发做铺垫,我们预计2017年将会是车载毫米波雷达行业的收获期,车载毫米波雷达行业繁荣可期。本篇报告旨在从历史沿革和技术更新的角度对毫米波雷达行业的发展趋势进行分析,国内一批具备先发优势的公司如华域汽车、森思泰克、隼眼科技、沈阳承泰、行易道等新产品将陆续投放市场经受行业检验,我们强烈建议关注毫米波雷达在2016年下半年的产业整合和并购浪潮



一、智能驾驶浪潮下的新风口:车载毫米波雷达国产化

1.1毫米波雷达:未来标配的ADAS主力传感器

毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达。通常毫米波是指30300GHz频域(波长为110mm)的电磁波,毫米波的波长介于红外光波和微波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。毫米波雷达在雷达探测、高速通信、导弹制导、卫星遥感、电子对抗等军用领域均有广泛的应用,而近年来随着毫米波器件水平的提升,电路设计技术、天线技术等相关技术日益发展和不断成熟,车载毫米波雷达的应用也获得了很大的发展。


  车载毫米波雷达主要应用在汽车的防撞系统上。车载毫米波雷达利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测,计算出与前方或后方障碍物的相对速度和距离。当车辆行进中时,发射机产生的雷达窄波束向前发射调频连续波(FMCW    与其他的车载传感器相比,毫米波雷达主要具有以下三大优势:)信号,当发射信号遇到目标时被反射回来,并为同一天线接收,经混频放大处理后,可用其差拍信号时间差来表示雷达与目标的距离,再根据差频信号相差与相对速度关系,计算出目标对雷达的相对速度及危险时间,从而通过防撞系统对车辆做出预判警告。


A.      探测性能稳定:不受被测物体表面形状、颜色等的影响;对大气紊流、气涡等适应性强。

B.       探测距离较长:车载毫米波雷达一般的探测距离为150m-200m之间,有些毫米波雷达探测距离能达到300m的范围。能够满足高速行驶环境下对较大距离范围内的环境监测需要。

C.     环境适应性良好:毫米波有很强的穿透能力,其测距精度受雨、雪、雾、阳光等天气因素和杂声、污染等环境的影响较小,可以保证车辆在任何天气下的正常运行。全天候适应性决定了其未来成为主力传感器的核心地位。

毫米波雷达同超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。另外,毫米波雷达的抗干扰能力也优于其他车载传感器。


1.2毫米波雷达发展进程:军用先行,车载领域蓬勃发展

雷达系统的概念早在20世纪的早期便逐渐形成,而最早的雷达是专门为了满足监视和武器制导的均是需求,军事方面的大量使用使得雷达的开发获得了大量研发资金。近年来随着信号处理和毫米波技术的突飞猛进发展,雷达产品逐渐在民用市场特别是车载领域得到推广。

早在1973年德国的AEG-TelefunkenBosch公司共同开始投资于研究汽车防撞雷达技术的研究,并研制出了35GHz的非相关脉冲雷达。但由于与毫米波相关的器件的价格昂贵,较大的尺寸和70年代猛涨的石油价格等原因,汽车雷达没有继续发展。10年以后由欧共体发起的“PROMETHEUS”(普罗米修斯)计划使汽车毫米波雷达又开始了重新的研制。随着毫米波技术的成熟,通过传感器检测汽车周边环境以避免事故的想法又重新被汽车制造商关注。

目前,毫米波车载雷达系统的研究工作领先地区主要分布在美国、欧洲和日本。目前研究内容主要集中在两个方面,即前视汽车雷达(FLARForward Looking AutomobileRadar)和自主巡航控制系统(ACCAutonomous Cruise Control)。二者的区别在于前者只需完成危险预警功能,而后者需要通过雷达系统实时监测车辆间距和相对运动速度信息,自动控制汽车的转向、加速、减速或者刹车,从而自动地调整己车与前车的间距或者相对速度使之保持在一个安全的范围内。从智能汽车发展的趋势看,目前已经加速从预警提示向闭环自动控制功能升级切换。





自从德国奔驰汽车公司在1999年在S级高级轿车上面采用77GHz自主巡航控制系统(ACC)以来,越来越多的公司和供应商投入到汽车雷达系统研制、器件开发、和算法研究当中。富士通天公司研发了一款24GHz雷达,这款产品被安装在带有入侵传感器的自动报警器上,并被20047月丰田的皇冠汽车所采用。而随后,丰田与Denso、三菱合作开发了世界上第一款利用相控阵技术和FMCW测距的电子扫描式毫米波车用雷达。而在2013年,松下与富士通天均展示出了可以检测出行人的79GHz频带毫米波雷达。随着毫米波半导体器件成本降低、控制技术和信号处理技术的成熟,小体积、高性能的毫米波雷达的大规模商用愈发变得可能。


1.3车载频段大一统:未来向77GHZ融合是大趋势

2005年至2013年,欧盟将24GHz作为车载毫米波雷达的频谱,随后又增加了79GHz,然而美国则使用24GHz76~77GHz两个频带。而日本则选用了6061GHz的频段,随着世界范围7677G Hz毫米波雷达的广泛应用,日本也逐渐转入了7677GHz毫米波雷达的开发中。各大国的车载雷达频段主要集中在在23GHz~24GHz60GHz~61GHz76GHz~77GHz(即79GHz)三个频段,而世界各国对毫米波车载雷达频段使用的混乱情况使得汽车行业车载雷达的发展受到了限制。直到在日内瓦召开的2015年世界无线电通信大会(WRC-15)上,各国讨论决定,77.5GHz~78.0GHz频段划分给无线电定位业务,以支持短距离高分辨率车载雷达的发展,车载雷达才获得了全球统一频率划分。





从我国的情况来看,无线电主管部门对车载雷达的频率划分一直在积极推进之中。为了适应车载雷达应用的需要,早在2005年,原信息产业部就发布了《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》,将76GHz~77GHz频段规划给了车辆测距雷达使用,并将其定义为免执照的微功率应用。此后,为适应车载雷达应用对无线电频率的需求,工业和信息化部于2012年将24.25GHz~26.65GHz频段规划用于短距离车载雷达业务的频率。

目前市场主流使用的车载毫米波雷达按照其频率的不同,主要可分为两种:24GHz毫米波雷达和77GHz毫米波雷达。通常24GHz雷达检测范围为中短距离,用作实现BSDBlind Spot Dectection,盲点探测系统),而77GHz长程雷达用作实现ACCAdaptive CruiseControl,自适应巡航系统)。



目前国内市场上存在这么一种看法,认为24GHz毫米波雷达只能用于短距离探测,而77GHz毫米波雷达只能用于长距离探测。我们认为,这种说法是有失偏颇的,因为24GHz雷达与77GHz雷达都是处于毫米波的频段,本质上并没有形成大的区别。而根据波的传播理论,在无线通信系统中,频率较高的信号比频率较低的信号容易穿透建筑物,而频率越低,波长越长,绕射能力越强,信号损失衰减越小,传输距离越远。因此24GHz雷达比77GHz的绕射能力更强,但77GHz雷达得益于更小的波长,相比24GHz距离检测精度高,因此在使用的时候各有利弊。

目前在国内市场,24GHz毫米波雷达与77GHz毫米波雷达的主要区别在于以下几点:

1)       77GHz毫米波雷达的体积更小24 GHz毫米波雷达和77 GHz毫米波雷达的性能及算法其实相差不远,更主要的差距还是在雷达体积上。由于24GHz雷达的频率更低波长更长,因此雷达所需要的天线就更长,做成小体积雷达的难度就更高,因此24GHz毫米波雷达会比77GHz毫米波雷达的体积更大,在追求美观与轻量化的车载领域体积是个关键问题。

2)       77GHz毫米波雷达所需要的工艺更高77 GHz毫米波雷达最大的制造难度体现在其工艺上,77 GHz毫米波雷达由于体积小,其线路板的面积很小,因此射频线路的设计难度非常高,成片的成品率也比较低。而国内对77GHz射频线路设计的经验相对匮乏。

3)       77GHz毫米波雷达的检测精度更好。相比于24GHz雷达,77GHz雷达的波长更小,虽然绕射能力比24GHz雷达要弱,但是其检测精度更高。因此未来对于检测精度精益求精的自动驾驶来说,77GHz毫米波雷达无疑更具有一定优势。

4)       24GHz毫米波雷达的射频芯片相对77Ghz雷达射频芯片更易获取。各大厂商经过多年对24GHz毫米波雷达的研发,市场上24GHz毫米波雷达的产品体系已经相对成熟,供应链已经相对稳定,在国内,24GHz的核心芯片射频芯片能从飞思卡尔等芯片供应商获得。但是,目前在全球范围内77GHz毫米波雷达芯片并没有稳定的供应体系,由于相关知识产权与合作协议的原因,飞思卡尔、英飞凌、意法半导体等芯片商对中国并没有放开77GHz雷达芯片的供应,因此国内77GHz毫米波雷达的开发受到很大限制。



我们认为,毫米波雷达未来发展的趋势将是统一到77GHz频率上。原因有二:

1)       24GHz频段的限制:我国工信部对24GHz车载雷达的频段划分为24.25-26.65GHz,频宽为2.4GHz,扩展空间有限;尤其是在我国几个射电天文台址周围5公里范围内,禁止使用24GHz短距离车载雷达设备,使用受到限制。

2)       77GHz统一的趋势:2015年世界无线电通信大会(WRC-15)上决定,将77.5GHz~78.0GHz频段划分给无线电定位业务,使整个76GHz~81GHz频段都可用于车载雷达应用,给未来车载雷达的发展指明了方向;该频段车载雷达带宽更大、分辨率更高、抗干扰能力强,且设备体积更小,更便于在车辆上安装和部署。国际化频率大一统背景下只有符合国际标准化需求的产品才有更强的生命力,各家雷达厂商会对产品进行调整。

考虑到中国的实际国情,我们预测未来三年内24GHz毫米波雷达在国内将得到快速的发展,而77GHz毫米波雷达的大规模应用由于设计难度和射频芯片供应链体系等因素,国产化进程将稍微推后;而三年后随着技术的发展,77GHz毫米波雷达将有机会突破设计和供应链的瓶颈,进入国产替代高峰期。从行业发展趋势来看,我们认为未来77GHz毫米波雷达将会对24GHz毫米波雷达进行全面替代,最终形成77GHz雷达作为长距离通信的载体,79GHz雷达作为短距离通信的载体的频谱大一统格局。




1.4技术控视点:几个实现车载毫米波雷达的关键技术


要进行车载毫米波雷达的开发,所需要实现的关键技术有以下几点:


(一)  相控阵雷达技术:雷达在搜索目标时,需要不断改变波束的方向。改变波束方向的传统方法是转动天线,使波束扫过一定的空域,称为机械扫描。利用电磁波的相干原理,通过计算机控制输往天线各阵元电流相位的变化来改变波束的方向,同样可进行扫描,接收单元将收到的雷达回波送入主机,完成雷达的搜索、跟踪和测量任务,这就是相控阵技术。与机械扫描雷达相比,相控阵雷达的天线无需转动,波扫描更灵活,能跟踪更多的目标,抗干扰性能好。目前市场上的车载雷达主要用的还是机械扫描雷达,但如Denso77GHZ DBF Sensor相控阵毫米波雷达便是采用了相控阵雷达技术。

(二)  前端单片微波集成电路(MMIC:它包括多种功能电路,如低噪声放大器(LNA)、功率放大器、混频器、上变频器、检波器、调制器、移相器、开关、MMIC收发前端,甚至整个收发系统。MMIC具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。而毫米波雷达的关键部件前端单片微波集成电路(MMIC)技术由在国外半导体公司掌控,而高频的MMIC只掌握在英飞凌、飞思卡尔等极少数国外芯片厂商手中。国内的MMIC仍处于起步状态,相关性能仍有待验证。

(三)  雷达天线高频PCB板:毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列,简单说将高频PCB板集成在普通的PCB基板上实现天线的功能,需要在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。77Ghz雷达更高规格的高频PCB板,77GHz雷达的大范围运用将带来相应高频PCB板的巨大需求。目前全球仅罗杰斯、Schweizer等少数公司拥有相关技术。

(四)  平板缝隙阵列天线设计:缝隙天线是由金属面上的缝隙构成的天线。平板缝隙阵天线具有口面场分布容易控制、天线口径效率高、性能稳定结构简单紧凑、强度高、安装方便等特点,而且容易实现窄波束等功能。近年来随着车载雷达的逐渐发达,对雷达抗干扰要求的提高,脉冲多普勒雷达的发展,平板缝隙阵天线在这些需要窄波束通信系统中获得了广泛应用。

(五)  多维度探测技术:普通汽车防撞雷达只能提供驾驶环境的二维信息,而对于行驶在三维空间的车辆来说,对高架桥、行驶路牌、以及高空坠落物等的探测,会给驾驶员带来更加有益的信息。富士通天(Fujitsu-ten)研发了一款3D扫描雷达,采用了阵列信号处理技术,最远探测距离可达250m



二、车载毫米波雷达行业现状:国外厂商垄断市场,国产化浪潮即将来临

2.1国外车载毫米波雷达行业现状:呈寡头垄断格局

车载毫米波雷达的研究始于20世纪60年代,研究主要在以德国、美国及日本为代表的一些发达国家内展开。目前来说,毫米波雷达的技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫、Denso、德尔福等传统零部件巨头所垄断,特别是77GHz毫米波雷达,只有博世、大陆、德尔福、电装、TRW、富士通天、Hitachi等公司掌握

目前,博世及大陆2015年汽车雷达市场占有率均为22%,并列全球第一。博世的长距离毫米波雷达产品是其核心产品,探测距离可以达到250米,是目前探测距离最远的长距离毫米波雷达,主要用在自巡航控制系统ACC中;而大陆较为全面,其主力产品则为24GHz毫米波雷达;Hella则是以24GHz雷达为其核心,客户范围最广,24GHz领域市场占有率全球第一。




我们按照目前上面所说的掌握毫米波雷达技术的企业,梳理一遍目前市场上现有的车载毫米波雷达产品:







2.2国内车载毫米波雷达行业现状:为雷达行业打开了一扇市场化大门

比于国外企业,车载毫米波雷达在国内仍属于起步阶段。在24GHz雷达方面,国内少数企业研发已有成果,市场化产品即将问世;但在77GHz毫米波雷达方面仍属于初级阶段,国内只有极少数企业能做到77GHz雷达的样机阶段,产业化进程仍待突破。根据我们产业链调研的情况,国内毫米波雷达企业进展状况如下:



东北电子团队行业观点:我们认为,智能汽车行业的需求爆发以及ADAS的巨大空间为雷达行业打开了一扇市场化的大门,传统雷达行业的人员将不再局限于军工等传统市场,雷达行业的人才、技术、资本等创新创业资源将在智能汽车普及浪潮下向汽车行业聚集,创新资源的流动将大大加速车载毫米波雷达的国产化进程!从投资的角度来看,未来两年毫米波雷达领域将是资本市场并购的重点细分领域之一,我们强烈建议密切关注毫米波雷达领域成为下一个风口带来的投资并购机会!


2.3高端车型已标配车载毫米波雷达

毫米波雷达在近几年获得了高速发展,逐渐形成了作为ADAS核心传感器的趋势。目前,奔驰S级使用多达7个雷达,而其中4个为24GHz短距离毫米波雷达。新款的奥迪A4则配备了5个毫米波雷达及8个超声波雷达,在其中毫米波雷达在前保险杠的车标部配备77GHz机型,在前保险杠左右配备24GHz机型,在车身斜后方配备24GHz机型,超声波雷达则在车辆前后各配置4个。除此之外,大众、沃尔沃、丰田、雷克萨斯等品牌均有多款车型采用毫米波雷达传感器。




三、毫米波雷达定位:ADAS核心传感器地位无可替代

3.1无人驾驶未来发展方向:多传感器融合是必然趋势

毫米波雷达未来发展的必然趋势是多传感器融合。智能驾驶行业的终极目标是做到无人驾驶,而无人驾驶对安全性的要求极高,因此从感知端传感器的角度出发,汽车上每多一种传感器融合使用,汽车相应的探测精度越高,而安全性也越强,因此未来做到毫米波雷达、视频摄像头、激光雷达、红外探测仪等多种传感器的融合是必然趋势。




根据美国高速公路安全局分类标准,可将自动驾驶发展阶段划分为五期:无自动化功能(L0)、具备特定自动化功能(L1)、具备组合式的自动化功能(L2)、受限的自动驾驶(L3)和完全自动驾驶(L4),而目前已经实现 L1 L2 的商业化。我们认为,在自动驾驶发展的中前期阶段,毫米波雷达+视频摄像头的传感器融合方案将是主流的应用方案;而自动驾驶发展的后期阶段中,毫米波雷达+激光雷达的高精度融合方案才是未来的终极方案。在发展的过程中,由于毫米波雷达探测的精准性、全天候使用的高环境适应性及产品价格的适中性,车载毫米波雷达将是未来智能驾驶产业中最核心的传感器



3.2车载毫米波雷达市场空间:核心传感器地位决定空间大

我们认为,未来无论是ADAS产业还是无人驾驶行业,毫米波雷达传感器都将会是汽车感知端最核心的传感器之一,车载毫米波雷达将会成为汽车行业的标配。

根据Plunkett Research的调查与预测,2014年全球的毫米波雷达市场出货量在1900万颗,预计到2020年全球车载毫米波雷达将近7200万颗,未来五年的复合增速约为24%



而目前根据公安部统计,截止至15年底,全国的机动车辆保有量为2.79亿辆,其中私家车的保有量达到1.24亿辆。我们认为,由于毫米波雷达的价格尚未达到超声波雷达的低廉性,毫米波雷达会率先在私家车领域推广开来,成为私家车的选配。

我们对毫米波未来市场规模的预测建立在以下两点假设上:

1)       根据近年来机动车市场增长的速度,我们保守预测未来汽车保有量将以每年超过10%的复合增长率增长,那么到2020年全国私家车保有量预计为2.0亿。

2)       预计到2020年,毫米波雷达的渗透率达到10%。而“4+1”4个短距离毫米波雷达+1个长距离毫米波雷达)的模式将成为汽车配置毫米波雷达的标配。

那么我们预计到2020年,国内车载毫米波雷达数量将达到1亿颗,按照一个毫米波雷达500元人民币的价格计算(考虑了未来国产化降价因素),仅仅国内车载毫米波雷达的市场规模将达到500亿元的级别。


3.32016年为毫米波雷达国产化元年:关注下半年的并购机会

根据我们产业链调研的结果,目前市场上整车厂对ADAS系统的需求非常巨大,国内的自助品牌整车厂的需求尤其旺盛,甚至领先于国外品牌厂商及合资品牌厂商。以目前汽车行业相对封闭的体系而言,ADAS核心技术更多地集中在一级、二级供应商中,而整车厂更多的是履行整合端的角色,国内自主品牌整车厂中自己开发核心技术的企业很少。

ADAS系统的供给体系中,国内整车厂对前端感知端的传感器需求尤其巨大,特别是车载毫米波雷达的供应已经成为其重中之重。结合国内行业现状,掌握毫米波雷达特别是77GHz雷达的企业数量较少,毫米波雷达企业在市场上属于优质稀缺资源,目前各大厂商均在紧锣密鼓整合毫米波雷达资源,争取拿下先发优势。而结合整车厂的需求来看,整车厂对ADAS的成套系统比单个传感器需求更加强烈,我们认为,各大厂商整合毫米波雷达资源时应形成产业链协同效应,做到贯穿整合整个ADAS结构终端——前端传感器、中端算法处理、后端执行部件的企业才能做到打包集成完整ADAS系统,切中整车厂需求痛点,这样的企业机会最大

我们认为,2016年将会是毫米波雷达行业的关键年度,特别是今年下半年各大厂商对毫米波雷达资源的整合尤为重要,谁能率先取得优质毫米波雷达资源,谁就能率先掌控行业先机。而今年各大厂商对毫米波雷达所做的一切准备都是为2017年行业的爆发做铺垫,2017年将会是车载毫米波雷达行业的收获期,车载毫米波雷达行业繁荣可期,当前时点建议密切关注毫米波雷达行业的并购机会以及相关上市公司战略布局!





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